Question

6．如圖是甲醇（CH₃OH）燃料電池工作的示意圖，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極．工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同．
（1）甲中負極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）乙中A極電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，A極析出的氣體在標準狀況下的體積為2.24L．
（3）丙裝置溶液中C極的質量變化為12.8g．若在丙裝置溶液中滴入酚酞溶液進行上述實驗，D極附近能觀察到的實驗現象：有氣泡產生，D極附近溶液變紅．

Answer 1

分析 （1）甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發生氧化反應，注意電解質溶液是堿性溶液；
（2）工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣；A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣；陽極電極反應和電子守恒計算得到；
（3）C極與正極相連為陽極，Cu在陽極失電子生成銅離子，根據轉移電子守恒計算；D極為陰極，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子．

解答 解：（1）甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發生氧化反應，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設生成氣體物質的量為x，溶液中銅離子物質的量為0.1mol，電極反應為：
  Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
0.1mol 0.2mol        2x x
A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
     4x       x
得到0.2+2x=4x
x=0.1mol
乙中A極析出的氣體是氧氣物質的量為0.1mol，在標準狀況下的體積為2.24L，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；2.24L；
（3）C極與正極相連為陽極，Cu在陽極失電子生成銅離子，甲電池中消耗0.1mol氧氣，轉移電子為0.4mol，則丙中也轉移0.4mol電子，由Cu-2e^-=Cu²⁺可知參加反應的Cu為0.2mol，器質量為12.8g，即C極的質量變化為；D極為陰極，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，所以滴入酚酞溶液D極附近溶液變紅；
故答案為：12.8g；有氣泡產生，D極附近溶液變紅．

點評 本考查了燃料電池和電解原理的應用，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力和計算能力，注意把握電極的判斷、電極方程式的書寫和電子守恒在計算中的應用．